Capteur potentiométrique: description, appareil et circuit

En technologie, les instruments sont largement utilisés pour mesurer l'ampleur des déplacements d'objets lors de leur conversion en signaux électriques. Le capteur potentiométrique dans la plupart des conceptions est un rhéostat et un contact glissant connecté à l'objet, duquel le signal est supprimé. Le paramètre de sortie est la valeur de la résistance électrique, en fonction du mouvement angulaire ou linéaire de l'élément mobile.

Principe de fonctionnement

Le potentiomètre convertit les déplacements linéaires ou angulaires en valeurs de tension, de courant ou de résistance appropriées. De ce fait, il est possible de travailler avec de nombreuses quantités non électriques: pression, niveau, débit, etc.

Les capteurs potentiométriques, dont le principe est de mesurer le déplacement ou l'emplacement de la position, sont reliés par des contacts mobiles de la résistance variable à des objets. Il peut s'agir de vannes, d'antennes, d'outils de coupe et bien plus encore. Après avoir alimenté le capteur, le signal de la position du curseur du potentiomètre en est retiré, comme pour un diviseur de tension.

La méthode d'enregistrement de base dans tous les modèles reste la même, mais il existe des différences structurelles. Le signal peut être pris directement ou à l'aide d'un circuit électronique après son traitement et sa normalisation. Il est important que cela respecte certaines normes.

Avantages des capteurs potentiométriques

• Simplicité de conception.
• Faible coût.
• Bonne résolution.
• Compact et léger.
• La stabilité des lectures.

Conception

Les capteurs de mouvement à fil potentiométrique sont courants dans l'industrie. Ils ont une précision et une stabilité élevées, des valeurs faibles de résistance à la température et à la transition et un faible niveau de bruit. Les inconvénients comprennent: une faible résistance, une résolution faible, l'usure des pièces mobiles et une utilisation limitée lors de travaux en courant alternatif.

Les appareils sont constitués de trois éléments principaux:

1. Fil de fer. Fabriqué en matériau isolant conducteur de la chaleur ou en métal revêtu de diélectrique, qui ne change pas les dimensions géométriques lorsqu'il est chauffé. La forme peut être sous la forme d'un anneau, d'une plaque incurvée, d'une tige.
2. Enroulement isolé. Elle est réalisée avec la pose exacte du fil, sur le pas duquel dépend la résolution de l'appareil.
3. Brosse mobile. Aux endroits de son contact avec le bobinage, les spires sont nettoyées de l'isolant. Le contact mobile dans les dispositifs peut se déplacer en translation ou en rotation. Dans ce dernier cas, les périphériques peuvent être exécutés sur un ou plusieurs tours.

Matériaux

Le cadre est en matériau diélectrique: céramique, getinaksa, textolite, plastique. Appliquer du métal avec un revêtement isolant. Sa conductivité thermique élevée permet de bien évacuer la chaleur du fil du capteur.

Le métal de l'enroulement a une résistivité électrique élevée, une résistance à la corrosion, un léger effet de température, une résistance à l'abrasion et à la déchirure. Les alliages de manganine, de constantan et de nickel-chrome répondent à ces exigences. Enroulement peut également être lamelle ou film.

Les contacts glissants réduisent la fiabilité des capteurs et compliquent la conception. Inconvénients des potentiomètres à fil:

• faible fiabilité des contacts;
• instabilité de la résistance de transition entre le moteur et l'enroulement due à l'oxydation et à la décharge électrique du fil;
• rebond de contacts.

Les plastiques conducteurs, qui ont également une meilleure linéarité, constituent une ressource précieuse.Les capteurs basés sur ces capteurs sont utilisés lorsqu'une grande fiabilité est requise, en particulier dans l'aviation.

Les brosses de contact sont fabriquées avec l'addition de métaux nobles, de sorte qu'elles sont plus douces que le matériau de l'enroulement.

Schémas

Les capteurs de type potentiométrique ont une caractéristique statique - tension de sortie U_out du contact X en mouvement. La relation entre ces paramètres dans un potentiomètre non chargé est généralement linéaire:

U_out = kX,

où L est la longueur du capteur, k est la sensibilité (k = U_fosse/ L).

En réalité, le capteur potentiométrique contient une résistance de charge R_n dans le lien suivant du système de contrôle automatique, qui affecte la valeur de U_out

La faible fiabilité des capteurs associée à la perte de contact, à un enroulement à circuit ouvert ou à un circuit inter-tour, oblige à modifier le schéma de câblage.

Si le signe du signal de sortie ne change pas, le capteur est appelé unipolaire. C'est un dispositif simple, comme une résistance variable.

Un circuit de capteur potentiométrique de type push-pull est utilisé pour la commande automatique, où le signe du signal change à la sortie, en fonction de ce qu'il est à l'entrée. La direction du mouvement de contrôle du corps ouvrier en dépend.

La tension peut être retirée de la brosse et du milieu du potentiomètre. D'autres schémas de câblage sont également utilisés. Lorsqu'il est alimenté en courant continu, lorsque le contact mobile passe par son point milieu, le signe situé à la sortie change en sens inverse. Si une tension alternative est appliquée à l'enroulement, la phase change de 180⁰.

En automatisation, les caractéristiques non linéaires des capteurs sont utilisées. Pour cela, le diamètre du fil le long de l'enroulement, le pas de l'enroulement change, des cadres de forme complexe sont utilisés, des sections de potentiomètres avec des résistances sont shuntées.

Caractéristiques de performance

La réponse au repos du capteur est une ligne droite (R / R_n = 0). La déviation des courbes par rapport à elle augmente avec la diminution de la résistance de charge R_n.

En plus de la résistance active, les capteurs ont également des charges dynamiques:

1. Fonction de transfert.
2. Composant inductif.
3. Propre bruit lors de la transition du contact mobile de bobine à bobine et de vibration de brosse.

La résistance entre le contact du moteur et l'une des conclusions s'appelle la sortie. Sa magnitude, son courant ou sa tension est mesurée.

Erreurs de capteur

Les erreurs suivantes affectent les caractéristiques réelles des capteurs:

1. Zone morte. Lorsque le contact passe d'un tour de fil à un autre, il se produit un saut de tension dont la valeur est déterminée par la formule: DU = U_fosse/ W, où W est le nombre de tours.
2. L'inégalité de la caractéristique statique associée aux fluctuations du diamètre du fil sur la longueur, à sa résistivité et à la précision de son enroulement.
3. La présence de jeu entre le moteur à contact et le manchon, qui affecte la précision des lectures.
4. Pression de brosse inégale, affectant la valeur de la résistance de contact. Habituellement, la force de pression du moteur sur le bobinage est utilisée assez grande. Toutefois, cela n’est pas toujours possible, car la force exercée par les éléments sensibles (membranes, flotteurs, plaques bimétalliques) est faible.
5. L'effet de la résistance de charge électrique R_n. Sa valeur est choisie 10 ... 100 fois plus que la résistance du capteur.

Rendez-vous

Le transmetteur de position potentiométrique est conçu pour les objectifs suivants:

• contrôle et mesure des mouvements de mécanismes, organes de travail de machines et autres objets;
• lien de rétroaction dans les systèmes de robotique et d'automatisation;
• détermination des distances aux objets;
• essais en laboratoire, surveillance du fonctionnement des mécanismes.

Types de capteurs

L'utilisation d'un capteur potentiométrique dépend du type:

1. T / TS est un instrument de haute précision (0,075%) fonctionnant dans la plage des déplacements axiaux de 150 mm. Convient pour des vitesses périphériques allant jusqu'à 10 m / s. Conception - assurant le mouvement de la tige dans les deux sens selon le principe d'un diviseur de tension.
2. TR / TRS - le même que le précédent, mais avec un ressort de rappel. Le déplacement atteint 100 mm. Résiste aux charges latérales plus élevées à la pointe.
3. TE1 est un modèle qui contient un circuit électronique permettant de normaliser les signaux avec une sortie analogique.
4. TE1 avec ressort de rappel - modification permettant de résoudre un plus grand nombre de tâches. Le capteur est plus stable avec des charges latérales accrues.
5. TEX est un capteur potentiométrique à tête pivotante permettant de suivre les mouvements linéaires d'objets jusqu'à 300 mm. Le joint pivotant facilite l'installation et assure une longue durée de vie.
6. TEX avec une tige d'entraînement filetée. Il permet de fixer de manière rigide un objet.
7. TEX avec un ressort de rappel ne nécessite pas de fixation rigide de l'objet à la barre.
8. TX2 avec tête pivotante ou avec pinces de fixation. Ils sont utilisés dans des conditions de fonctionnement difficiles. Le niveau de protection est IP 67, précision - 0,05%.

Utilisation de potentiomètres dans les capteurs de pression

Les paramètres de fonctionnement de divers appareils sont convertis de manière pratique en signaux électriques. Un capteur potentiométrique de pression de liquide ou de gaz est utilisé dans les systèmes d'alimentation en carburant des voitures, du gaz sur les autoroutes, etc. Il s'agit généralement d'appareils de mesure à membrane.

Sous l'action d'une pression différentielle des deux côtés de la membrane, celle-ci se déplace. Dans le même temps, le curseur tourne également. Si la pression P₀ et P_et sont égaux, le moteur revient à sa position gauche d'origine, à laquelle la résistance initiale de l'appareil est réglée. Quand p_et diminue, la membrane se déplace vers la droite et le curseur règle la brosse du potentiomètre sur la position correspondant à la chute de pression.

Pour réduire l'erreur d'un changement discret de la résistance du potentiomètre, le nombre de tours qu'il effectue est d'au moins 100. Il est possible de l'éliminer complètement en déplaçant la brosse le long de l'axe du fil de rechord calibré.

Capteurs

Le capteur de déplacement linéaire potentiométrique consiste en un cadre diélectrique de différentes formes (plaques, cylindres, bagues, etc.) sur lequel un fil isolé est enroulé, fixé aux pinces et fixé à l'aide de pinces aux extrémités. Une brosse métallique se déplace le long du bobinage. Pour les capteurs de type rotatif, les cadres sont annulaires, longitudinaux - droits. Aux endroits de contact avec le moteur, il n'y a pas d'isolation sur le fil.

Les terminaux sont alimentés. Le signal de sortie est pris entre une extrémité du fil et le contact de la brosse, bien qu'il existe d'autres schémas de connexion.

Chaque capteur potentiométrique linéaire présente une caractéristique statique sous la forme d'une dépendance de la valeur du signal de sortie sur le déplacement du contact de la brosse.

Conclusion

Le capteur potentiométrique doit être fiable, pratique et durable lorsqu'il est utilisé dans les technologies de mesure et dans les systèmes de contrôle automatique. Les dispositifs de surveillance de la position des objets diffèrent par leur principe de fonctionnement et les types de signaux de sortie, qui doivent être conformes aux normes.